CN111648405A - 一种适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，包括有浮筒主体结构、灌排水系统、人行检修通道和附属设施等，浮筒主体结构可采用由钢板外壳围成的、密闭的箱体结构，外部呈流水线型，内部由纵横隔板进行结构加固，并分隔出配重仓、设备仓、潮汐仓等舱体结构。灌排水系统包括灌排水设备，可根据海平面实际水位精确调整潮汐仓的水位，达到调整浮筒结构自重，减少潮差荷载对悬浮隧道影响的目的。附属设施可包含太阳能发电装置、系船柱、照明设备等。本发明解决了浮筒式悬浮隧道受潮差影响大、浮筒运营维修不便利等设计难题。各部分结构施工简单，主要材料为混凝土、钢材等常用材料，工程造价低，日常运营和维护较为方便。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种适用于悬浮隧道的浮筒结构。
背景技术
悬浮隧道作为一种作为兼顾通行与环境的全新跨海渡河方案，具有环境友好、地质条件要求低、不受水深和跨度限制等众多的优势，因此世界上很多国家都对其展开了研究。从结构形式上看，悬浮隧道主要分为自由式、浮筒式、铆索式和承压墩柱式。其中，其中浮筒式悬浮隧道通过控制管体截面的压仓荷载和实空比，使管道自身的浮力小于重力，顶部连接浮筒，由通过浮筒提供竖向拉力来保证结构的稳定。浮筒式悬浮隧道对不同的水深和跨度适应性更强，但由于浮筒建造在水流表面，其对波浪潮流的敏感性更高。而由于悬浮隧道通常建造在深海区域，其潮差往往较大。当海平面高于静水面时，浮筒有上浮的趋势，对隧道主体结构产生附加的向上拉力；当海平面低于静水面时，浮筒有下沉的趋势，对隧道主体结构产生附加的向下推力。这种周期性往复的潮差荷载影响了隧道主体结构的稳定性，对结构可造成疲劳性的损伤。同时，作为漂浮在海上的结构物，其设备操控和能源输入不够便捷，日常维护困难。如何有效减少潮差荷载的影响，提高日常维护便捷性，是当前浮筒结构设计中亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可随潮汐变化而改变自身重力、使悬浮隧道能保持更稳定的状态、可避免对悬浮隧道造成结构损伤的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，包括有主体，其特征在于：在主体中设置有设备仓、潮汐仓和配重仓，在设备仓中设置有灌排水系统，灌排水系统包括有灌水泵、进水管、排水泵和排水管；潮汐仓与灌排水系统连接形成可通过灌排水系统对潮汐仓进行灌水和排水的结构，通过灌排水系统控制潮汐仓的水位以调节浮筒结构的自身重力，进而实现精确控制其在水中的位置；在设备仓中还设置有电气控制设备，灌水泵及排水泵分别与电气控制设备连接。
进一步地，在主体的内部设置有若干个潮汐仓，各潮汐仓由纵横交错的纵隔板及横隔板分隔而成，通过在纵隔板和/或横隔板的下部开设连通孔使相邻的潮汐仓相互连通；进水管及排水管分别与至少一个潮汐仓连接，进水管的进水口伸入在水中，排水管的出口露出于主体的外面。
进一步地，所述主体包括有底板、侧板及顶板，侧板与底板的上表面连接固定，顶板固定于侧板的顶部，通过底板、侧板及顶板围成具有内部腔体结构的主体，主体的两侧为流水线型结构；所述底板包括两层结构，底层为钢板，表层为混凝土层，混凝土层铺设在钢板上；所述侧板及顶板均采用钢板制成，并且顶板设计有朝两侧的排水坡度，以便于雨水排出；所述纵隔板及横隔板采用钢板结构、钢筋混凝土结构或者钢混组合结构。
进一步地，所述潮汐仓设置在主体的中间部位，设备仓设置在潮汐仓的两边，配重仓则分别设置在主体的首尾两端，两配重仓分别与两设备仓相邻，在配重仓中设置有混凝土作为配重结构；在两个设备仓中各设有两套灌排水系统，其进水管和排水管分别设置在主体的两侧。排水泵和灌水泵的机组数量分别不少于2组，且功率应该保证一组设备不能工作的条件下剩余的设备能够满足浮筒的正常营运。
进一步地，在主体上安装有太阳能发电装置，太阳能发电装置连接电气控制设备，太阳能发电装置的电力并入悬浮隧道的电力系统。
进一步地，在设备仓中设置有柴油发电机，柴油发电机连接电气控制设备，形成用于该浮筒结构及悬浮隧道的备用电源。防止意外断电等特殊情况下，浮筒的灌排水系统能照常工作。
进一步地，在纵隔板及横隔板的顶部与顶板之间具有间隙，沿纵隔板及横隔板的顶部设置有人行检修通道，通过人行检修通道连通两边的设备仓；在顶板与人行检修通道之间设置有人行孔，在主体的侧面设置有爬梯，在人行检修通道与设备仓之间亦爬梯，在顶板上还设置有通往设备仓的检修孔，检修孔的孔径大于设备仓内最大设备的尺寸，以满足设备仓内设备维修的最大要求。设备检修时，检修设备由船机设备通过检修孔调入；检修人员由靠泊在浮筒外板的船舶沿着人行检修通道进入设备仓进行设备检修。
进一步地，在侧板的外表面均匀布设有若干牺牲阳极块，侧板的外表面还涂刷有防腐涂层，提高主体结构的耐久性。
进一步地，在主体上安装有附属设施，附属设施包括有沿主体顶部外围安装的照明灯、设置在主体其中一端的引航灯、设置在主体另一端的避雷针、以及设置在主体顶部边缘的系船柱等，以满足结构浮运安装、安全生产的需要，照明灯、引航灯及避雷针分别与电气控制设备连接；沿主体的顶部边缘还设置有护栏，由护栏将主体的顶部围住。
进一步地，在主体的底部连接有连杆，该浮筒结构通过连杆与悬浮隧道连接；设备仓的电气控制设备由电缆穿过连杆与悬浮隧道内的电气设备连接，潮汐仓内设有水位实时监测装置，监测信息通过通讯电缆接入计算机终端。电气控制设备包括有手动控制模块、自动控制模块和远程控制模块。比如，对于灌水泵和排水泵，既可以通过计算机远程控制，也可以通过现场操作人员手动控制，当然，不管是哪种控制方式，都属于现有技术可实现的，在此不做赘述。
本发明相对于现有技术具有以下主要优点：第一，浮筒结构自身带有灌排水系统，可精确控制潮汐仓的水位达到控制浮筒自身重力的目的，从而有效减少潮差荷载对隧道主体的影响。
第二，通讯电缆和电力电缆可由连杆接入隧道，结构内部包含潮汐仓自动水位监测设备，灌排水系统可由计算机远程控制，增加了浮筒工作的智能型、操作的便捷性。
第三，浮筒顶部设置太阳能发电装置，产生的电力并入主体隧道的电力系统，充分利用结构空间，可为浮筒日常运营提供源源不断的清洁能源，多余的电源也可以为主体隧道供电。
第四，将浮筒结构端部设计成流水线型，可有效减小水流作用力。
第五，结构本身设置引航灯、避雷针等安全设施，可增加结构本身的安全性；而设置系船柱、系船环等系揽设施、人行检修通道等，便于日常运营维护。
第六，浮筒结构与隧道主体结构可在工厂预制，施工方便；主要材质为混凝土、钢材等工程常用的材料，可大幅减少浮筒建造和维护的成本。结构考虑防腐设施，增加了结构的耐久性。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明另一角度的立体结构示意图；
图3为本发明顶部平面结构示意图；
图4为本发明中部平面结构示意图；
图5为本发明底部平面结构示意图；
图6为本发明从左侧看的平面结构示意图；
图7为本发明从左侧看的剖面示意图；
图8为本发明从右侧看的剖面示意图。
图中，11为底板，12为侧板，13为顶板，14为护栏，15为牺牲阳极块，2为设备仓，21为灌水泵，22为进水管，23为排水泵，24为排水管，3为潮汐仓，31为纵隔板，32为横隔板，33为连通孔，41为太阳能发电装置，42为电气控制设备，43为柴油发电机，51为人行检修通道，52为爬梯，53为人行孔，54为检修孔，55为爬梯，61为照明灯，62为引航灯，63为避雷针，64为系船柱，7为配重仓，8为混凝土，9为连杆。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明做进一步说明：
本实施例中，参照图1-图8，所述适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，包括有主体，在主体中设置有设备仓2、潮汐仓3和配重仓7，在设备仓2中设置有灌排水系统，灌排水系统包括有灌水泵21、进水管22、排水泵23和排水管24；潮汐仓3与灌排水系统连接形成可通过灌排水系统对潮汐仓3进行灌水和排水的结构；在设备仓2中还设置有电气控制设备42，灌水泵21及排水泵23分别与电气控制设备42连接。
在主体的内部设置有若干个潮汐仓3，各潮汐仓3由纵横交错的纵隔板31及横隔板32分隔而成，通过在纵隔板31和/或横隔板32的下部开设连通孔33使相邻的潮汐仓3相互连通；进水管22及排水管24分别与至少一个潮汐仓3连接，进水管22的进水口可伸入水中，排水管24的出口露出于主体的外面。
所述主体包括有底板11、侧板12及顶板13，侧板12与底板11的上表面连接固定，顶板13固定于侧板12的顶部，通过底板11、侧板12及顶板13围成具有内部腔体结构的主体，主体的两侧为流水线型结构；所述底板11包括两层结构，底层为钢板，表层为混凝土层，混凝土层铺设在钢板上；所述侧板12及顶板13均采用钢板制成，并且顶板13设计有朝两侧的排水坡度，以便于雨水排出；所述纵隔板31及横隔板32采用钢板结构、钢筋混凝土结构或者钢混组合结构。
所述潮汐仓3设置在主体的中间部位，设备仓2设置在潮汐仓3的两边，配重仓7则分别设置在主体的首尾两端，两配重仓7分别与两设备仓2相邻，在配重仓7中设置有混凝土8(素混凝土)作为配重结构；在两个设备仓2中各设有两套灌排水系统，其进水管22和排水管24分别设置在主体的两侧。排水泵21和灌水泵23的机组数量分别不少于2组，且功率应该保证一组设备不能工作的条件下剩余的设备能够满足浮筒的正常营运。
在主体上安装有太阳能发电装置41，太阳能发电装置41连接电气控制设备42，太阳能发电装置41的电力并入悬浮隧道的电力系统。
在设备仓2中设置有柴油发电机43，柴油发电机43连接电气控制设备42，形成用于该浮筒结构及悬浮隧道的备用电源。防止意外断电等特殊情况下，浮筒的灌排水系统能照常工作。
在纵隔板31及横隔板32的顶部与顶板13之间具有间隙，以便于人可以通行；沿纵隔板31及横隔板32的顶部设置有人行检修通道51，通过人行检修通道51连通两边的设备仓2；在顶板13与人行检修通道51之间设置有人行孔53，在主体的侧面设置有爬梯52，在人行检修通道53与设备仓2之间亦爬梯55，在顶板13上还设置有通往设备仓2的检修孔54，检修孔54的孔径大于设备仓2内最大设备的尺寸，以满足设备仓2内设备维修的最大要求。设备检修时，检修设备由船机设备通过检修孔54调入；检修人员由靠泊在浮筒外板的船舶沿着人行检修通道51进入设备仓2进行设备检修。
在侧板12的外表面均匀布设有若干牺牲阳极块15，侧板12的外表面还涂刷有防腐涂层，提高主体结构的耐久性。
在主体上安装有附属设施，附属设施包括有沿主体顶部外围安装的照明灯61、设置在主体其中一端的引航灯62、设置在主体另一端的避雷针63、以及设置在主体顶部边缘的系船柱64等，以满足结构浮运安装、安全生产的需要，照明灯61、引航灯62及避雷针63分别与电气控制设备42连接；沿主体的顶部边缘还设置有护栏14，由护栏14将主体的顶部围住。
在主体的底部连接有连杆9，该浮筒结构通过连杆9与悬浮隧道连接；设备仓2的电气控制设备42由电缆穿过连杆9与悬浮隧道内的电气设备连接，潮汐仓3内设有水位实时监测装置(未图示)，监测信息通过通讯电缆接入计算机终端。电气控制设备42包括有手动控制模块、自动控制模块和远程控制模块。比如，对于灌水泵21和排水泵23，既可以通过计算机远程控制，也可以通过现场操作人员手动控制，当然，不管是哪种控制方式，都属于现有技术可实现的，在此不做赘述。
主体浮筒结构和附属设施与下部连接的隧道管节一起在工厂预制安装。完成后，由船机设备移动至工程指定海域。当浮筒浮游时，保持潮汐仓3足够的压载水高度，通过设置在顶板13的系缆设备进行绞缆平移。
隧道建成后，当海平面水位高于静水位时，启动灌水泵21往浮筒潮汐仓3灌水，增加浮筒本身的自重，从而减少浮筒对隧道主体附加的向上拉力；当海平面水位低于静水位时，启动排水泵23往外排水，减少浮筒本身的自重，从而减少浮筒对隧道附加的向下推力。所有的设备操控均可由计算机远程控制，通讯电缆由隧道与浮筒之间的连杆接入。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，包括有主体，其特征在于：在主体中设置有设备仓、潮汐仓和配重仓，在设备仓中设置有灌排水系统，灌排水系统包括有灌水泵、进水管、排水泵和排水管；潮汐仓与灌排水系统连接形成可通过灌排水系统对潮汐仓进行灌水和排水的结构，通过灌排水系统控制潮汐仓的水位以调节浮筒结构的自身重力；在设备仓中还设置有电气控制设备，灌水泵及排水泵分别与电气控制设备连接。
2.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在主体的内部设置有若干个潮汐仓，各潮汐仓由纵横交错的纵隔板及横隔板分隔而成，通过在纵隔板和/或横隔板的下部开设连通孔使相邻的潮汐仓相互连通；进水管及排水管分别与至少一个潮汐仓连接，进水管的进水口伸入在水中，排水管的出口露出于主体的外面。
3.根据权利要求2所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：所述主体包括有底板、侧板及顶板，侧板与底板的上表面连接固定，顶板固定于侧板的顶部，通过底板、侧板及顶板围成具有内部腔体结构的主体，主体的两侧为流水线型结构；所述底板包括两层结构，底层为钢板，表层为混凝土层，混凝土层铺设在钢板上；所述侧板及顶板均采用钢板制成，并且顶板设计有朝两侧的排水坡度；所述纵隔板及横隔板采用钢板结构、钢筋混凝土结构或者钢混组合结构。
4.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：所述潮汐仓设置在主体的中间部位，设备仓设置在潮汐仓的两边，配重仓则分别设置在主体的首尾两端，两配重仓分别与两设备仓相邻，在配重仓中设置有混凝土作为配重结构；在两个设备仓中各设有两套灌排水系统，其进水管和排水管分别设置在主体的两侧。
5.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在主体上安装有太阳能发电装置，太阳能发电装置连接电气控制设备，太阳能发电装置的电力并入悬浮隧道的电力系统。
6.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在设备仓中设置有柴油发电机，柴油发电机连接电气控制设备，形成用于该浮筒结构及悬浮隧道的备用电源。
7.根据权利要求3所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在纵隔板及横隔板的顶部与顶板之间具有间隙，沿纵隔板及横隔板的顶部设置有人行检修通道，通过人行检修通道连通两边的设备仓；在顶板与人行检修通道之间设置有人行孔，在主体的侧面设置有爬梯，在人行检修通道与设备仓之间亦爬梯，在顶板上还设置有通往设备仓的检修孔，检修孔的孔径大于设备仓内最大设备的尺寸。
8.根据权利要求3所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在侧板的外表面均匀布设有若干牺牲阳极块，侧板的外表面还涂刷有防腐涂层。
9.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在主体上安装有附属设施，附属设施包括有沿主体顶部外围安装的照明灯、设置在主体其中一端的引航灯、设置在主体另一端的避雷针、以及设置在主体顶部边缘的系船柱，照明灯、引航灯及避雷针分别与电气控制设备连接；沿主体的顶部边缘还设置有护栏，由护栏将主体的顶部围住。
10.根据权利要求1所述的适用于悬浮隧道的潮汐式浮筒结构，其特征在于：在主体的底部连接有连杆，该浮筒结构通过连杆与悬浮隧道连接；设备仓的电气控制设备由电缆穿过连杆与悬浮隧道内的电气设备连接，电气控制设备包括有手动控制模块、自动控制模块和远程控制模块。
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